都立大、完全非接触で微小物体を拾い上げる「空中音響ピンセット」を開発

実験の結果、ステージ上にある物体を安定的に完全非接触で選択的に拾い上げ、そのまま空中浮揚させられる、完璧な空中音響ピンセットの開発に成功したとする。

空中音響ピンセットの研究は、多数のトランスデューサを用いた半球型アレイと位相制御の研究としてスタートしたとする。研究の初期では、物体を置くステージを工夫することで、完全非接触のピックアップ技術が開発されたが、最終的には半球型トランスデューサアレイをマルチチャンネル化し位相振幅制御を組み合わせ、音を反射するステージからでも物理的な接触なしに物体を持ち上げることに成功したという。

• 半球型の超音波トランスデューサアレイの位相振幅制御を用いて、軸上に微小物体が音響トラップされている様子 (出所:都立大Webサイト)

しかし、ピックアップに成功はしたものの、当初は再現性と安定性に課題があったことから、半球型の超音波トランスデューサアレイにおいて、半球状のアレイの対向する半分ずつを同位相と逆位相で組み合わせて駆動する方法を採用することで、空間に反射音があったとしても、適切にトランスデューサアレイの位相振幅と励起モードを制御することで、安定性が実現されたという。

また、適応的なアルゴリズムを用いて、ピンセットの制御方法を調整することで性能が改善され、微小物体の安定したピックアップが可能になったともしている。

今回開発された空中音響ピンセットについて研究チームでは、物理的接触がない状態を厳密に保つ必要がある試料の操作や、微小重力空間を含むさまざまな環境下での微小物体の操作といった将来的な技術への応用も期待されるとしている。